История развития ЭВМ

Oбластное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Смоленская академия профессионального образования»

(ОГБПОУ «СмолАПО»)

Реферат на тему: История развития ЭВМ

Выполнил студент

группы 312-Пр

Калинин Артем

Смоленск, 2014

Введение 
 
Мы живем в новом тысячелетии, когда человечество вступило в эпоху новой научно-технической революции. Люди овладели многими тайнами превращения вещества и энергии и сумели использовать эти знания для улучшения своей жизни. Но кроме вещества и энергии в жизни человека огромную роль играет еще одна составляющая — информация.  
 
Информация — это самые разнообразные сведения, сообщения, известия, знания и умения. Долгое время информация казалась чем-то личным, принадлежащим отдельным членам человеческого рода. Но постепенно формировалось убеждение, что информация, отчужденная от отдельных людей, может иметь и общественное значение.  
 
Наверное, раньше других это поняли воевавшие между собой племена. Лазутчики и разведчики были первыми профессионалами, задачей которых стала добыча информации. Появление секретов в человеческом обществе знаменовало собой переход к охране знаний и умений, т. е. к защите информации. Жреческие касты многих древних государств владели тайным знанием, недоступным для большинства членов общества. Владение информацией делало их сильнее и позволяло возвышаться над остальными людьми.  
 
Развитие промышленных производств принесло огромное количество новых знаний, и одновременно возникло желание часть этих знаний хранить от конкурентов, защищать их. Увеличивалась и потребность в широком обмене информацией между людьми. Такая потребность была, конечно, и раньше. Но только после изобретения книгопечатания, позволившего аккумулировать и распространять знания, телеграфной и телефонной связи, способной в считанное время передавать оперативную информацию, в техносфере возникла разветвленная структура распространения информации.  
 
Росли информационные потоки, которыми обменивались между собой отдельные люди и человеческие сообщества. Информация, подобно веществу и энергии, стала предметом производства и распространения, приобрела характер товара.  
 
Информационная структура к концу нашего века пронизала все сферы человеческой деятельности. Компьютерная революция, которая в середине столетия дала мощный толчок развитию индустрии информации, привела к тому, что человечество вступило в пору информационной революции и встало на путь перехода к информационному обществу. Конечно, овладение информацией невозможно без появления науки о ней. Информатика играет такую же фундаментальную роль, как те науки, которые помогли человечеству проникнуть в тайны вещества и энергии. Поэтому информатику по праву называют царицей наук в информационном обществе.  
 
Информатика — это наука, изучающая все аспекты получения, хранения, преобразования, передачи и использования информации.  
 
Информатика стала развиваться с середины нашего столетия, когда появились специальные устройства — компьютеры, ориентированные на хранение и преобразование информации, и произошла компьютерная революция. 
 
Когда речь идет о науках такого масштаба, как физика, химия, биология, трудно говорить о единой науке. По сути, под этими названиями скрываются целые конгломераты наук, объединенные общим объектом исследования. Если сравнить, например, ядерную физику, физику высоких температур, биофизику или статистическую физику, то легко обнаружить, что, несмотря на существование пограничных областей и взаимопроникновение методов и идей, каждое из этих направлений существует как самостоятельная наука. Аналогичная структура и у информатики. Под этим понятием объединяют ряд научных направлений, исследующих разные стороны одного и того же объекта — информации. 
 
Как и другие науки, которые принято делить на теоретические и прикладные (например, в математике выделяется прикладная математика, а в биологии — теоретическая биология), информатика тоже состоит из научных направлений, которые можно назвать теоретической информатикой и прикладной информатикой. Каждый из этих разделов в свою очередь можно делить и дальше. Но такая структуризация информатики не слишком удобна, ибо в один раздел попадают научные направления, значительно отличающиеся друг от друга и взглядом на информацию, и теми методами, которые в них используются. Поэтому мы примем другое деление информатики на основные направления, опирающееся на внутреннее единство решаемых в них задач и подходов к пониманию сущности информации. Но прежде чем перейти к выделению и описанию этих направлений, напомним основные моменты в истории развития информатики. 
 

Туманное доисторическое прошлое

 
Во все времена людям нужно было считать. В туманном доисторическом прошлом они считали на пальцах или делали насечки на костях. Примерно около 4000 лет назад, на заре человеческой цивилизации, были известны уже довольно сложные системы счисления, позволявшие осуществлять торговые сделки, рассчитывать астрономические циклы, проводить другие вычисления. Несколько тысячелетий спустя появились первые ручные вычислительные инструменты. А в наши дни невозможно представить решение сложных вычислительных задач и выполнение операций, казалось бы, не связанных с числами, без помощи “электронного мозга”, называемого компьютером, или, по старинке ЭВМ. 
 
Специалисты (а таковыми являются в наш век все подростки старше десяти лет), не преминут заметить, что компьютер – это не мозг (крайне мере пока – уточнят особенно талантливые). Это просто-напросто ещё один инструмент, ещё одно устройство, придуманное для того, чтобы облегчить наши труд или усилить нашу власть над природой. При всём своём кажущемся великолепии компьютер обладает, по существу, одним-единственным талантом – реагировать с молниеносной быстротой на импульсы электрического напряжения. Истинное величие заключено в человеке, его гении, который нашел способ преобразовать разнообразную информацию, поступающую из реального мира, в последовательности нулей и единиц, переводить всё многообразие нашей не подчиняющейся строгим математическим законам жизни в строгий язык математики, понятный электронным схемам компьютера. Именно поэтому я и решила, что моя будущая специальность будет связана с компьютерами: вопреки опасениям писателей-фантастов, человек не стал придатком машины, а получил возможность лучше проявить свои способности и сделать ещё один шаг от чисто механического труда к творческому. Мы вступаем в постиндустриальный мир век, век информатики. 
 
Первые компьютеры были созданы почти полвека назад, и хотя они и занимали тогда целые залы, их быстродействие было сравнимо с быстродействием нынешних “персоналок”; они вполне удовлетворяли потребностям крупных министерств и корпораций. Тем не менее, миниатюризация и стремление сделать компьютеры достоянием масс привели к тому, что в двадцать первый век мы вошли не под знамёнами из перфокарт, на которых изображены гигантские вычислительные центры, а размахивая красочными обложками журналов, написанных простым языком, понятным миллионам пользователей персональных компьютеров. Почему же компьютеры стали такими популярными и превратились из религии одиночек в орудие производства миллионов? Почему они с успехом решают поставленные перед ними задачи и придирчивые требования учёных и соответствуют изысканному вкусу секретарш? 
^

Вычислительные машины до электронной эры

 
П ервую механическую счётную машину сконструировал в 1642 г. французский учёный. Блез Паскаль Она представляла собой систему взаимодействующих колёсиков, каждое из которых соответствовало одному разряду десятичного числа и содержало цифры от 0 до 9. Когда колёсико совершало полный оборот, следующее сдвигалось на одну цифру (это похоже на принцип ручных счетов). Машина Паскаля умела только складывать и вычитать. 
Много внимания проблеме механизации вычислений уделял немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц. Созданная им в 1694 г. Cчётная машина обладала гораздо большими возможностями - выполняла все арифметические операции. Однако она была слишком громоздкой, а работала медленно. 
Значительный вклад в развитие вычислительной техники внёс в XVIX веке английский математик и изобретатель Чарльз Бэббидж. Более 40 лет он работал над проектом программируемой вычислительной машины, которую назвал аналитической.  Бэббиджу принадлежала сама идея программирования вычислений, а также способ её реализации: ввод программ в машину с помощью перфокарт. Он впервые ввел память для промежуточных вычислений, он же предложил использовать в машине двоичную систему счисления. 
Машина Бэббиджа была чисто механической и требовала изготовления большого количества высокоточных деталей. Проект остался незавершённым, из-за недостатка финансовых средств. Уже после смерти Бэббиджа некоторые его идеи были использованы при создании первых электромеханических счётных машин. До середины XX в. на таких машинах делали сложные бухгалтерские расчёты и обрабатывали статистические данные. 
 
^

Первые электронные вычислительные машины

 
К концу 30-х гг. столетия потребность в автоматизации сложных вычислений сильно возросла. Они оказались нужны при проектировании самолётов, в атомной физике и во многом другом. В 1944 г. под руководством профессора Гарвардского университета (США) Говарда Айкена была разработана последняя электромеханическая машина "Марк 1".  Она была 15 м. длиной и перемножала два 23-разрядных числа за 4 секунды - гораздо быстрее всех своих предшественниц. 
Уже в 1945 г. в США коллектив, руководимый Джоном Моучли и Джоном Эккертом, создал первую электронную вычислительную машину "ЭНИАК". По размерам она была вдвое больше "Марка 1" (30 м. в длину) и считала в 1000 раз быстрее: производила 300 умножений в секунду. Вычисления выполняли схемы из электронных ламп. А вот программу в машину приходилось вводить непосредственно перед её исполнением. Делалось это штекерным способом: блоки машины соединяли в нужной последовательности, втыкая штекеры в соответствующие разъемы. 
Новую структуру вычислительной машины, которая сохранилась в основных чертах до сих пор, предложил в 1945 г. один из крупнейших математиков XX века Джон фон Нейиан. Одной из главных идей его проекта является принцип хранимой программы, т. е. программы, к оторая хранится в памяти машины наряду с данными и промежуточными результатами. Благодаря этому в машине одновременно содержится сколько угодно программ и любую из них можно немедленно запустить в работу. Первая машина с хранимой программой была построена в Великобритании в 1949 г. под руководством М. Уилкса. 
Первая советская ЭВМ - "МЭСМ" (малая электронная счётная машина) была создана в 1951 г. под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева. До сих пор все машины изготавливались в одном экземпляре, а в 50-е гг. началось серийное производство ЭВМ и их триумфальное шествие по миру. 
За прошедшие полвека вычислительные машины сильно изменились сами и ещё больше изменили общество. 
С 1945 г. по наши дни вычислительная техника прошла 5 поколения в своём развитии:  
 
I поколение основано на электронно-вакуумных лампах 
II поколение основано на транзисторах 
III поколение основано на интегральных схемах 
IV поколение основано на изобретении микропроцессора V поколение 
 
Поколения 
 
На протяжении 50 лет появилось, сменяя друг друга, несколько поколений ЭВМ. Бурное развитие ВТ во всем мире определяется только за счет передовых элементной базы и архитектурных решений. 
Так как ЭВМ представляет собой систему, состоящую из технических и программных средств, то под поколением естественно понимать модели ЭВМ, характеризуемые одинаковыми технологическими и программными решениями (элементная база, логическая архитектура, программное обеспечение). Между тем, в ряде случаев оказывается весьма сложным провести классификацию ВТ по поколениям, ибо грань между ними от поколения к поколению становиться все более размытой 
 
Первое поколение 
 
Первое поколение (1945-1954) - компьютеры на электронных лампах (вроде тех, что были в старых телевизорах). Это доисторические времена, эпоха становления вычислительной техники. Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Вес и размеры этих компьютерных динозавров, которые нередко требовали для себя отдельных зданий, давно стали легендой.  
 
Основоположниками компьютерной науки по праву считаются Клод Шеннон - создатель теории информации, Алан Тьюринг - математик, разработавший теорию программ и алгоритмов, и Джон фон Нейман - автор конструкции вычислительных устройств, которая до сих пор лежит в основе большинства компьютеров. В те же годы возникла еще одна новая наука, связанная с информатикой, - кибернетика, наука об управлении как одном из основных информационных процессов. Основателем кибернетики является американский математик Норберт Винер. 
 
(Одно время слово "кибернетика" использовалось для обозначения вообще всей компьютерной науки, а в особенности тех ее направлений, которые в 60-е годы считались самыми перспективными: искусственного интеллекта и робототехники. Вот почему в научно-фантастических произведениях роботов нередко называют "киберами". А в 90-е годы это слово опять всплыло для обозначения новых понятий, связанных с глобальными компьютерными сетями - появились такие неологизмы, как "киберпространство", "кибермагазины" и даже "киберсекс".) 
 
 
Второе поколение 
 
Во втором поколении компьютеров (1955-1964) вместо электронных ламп использовались транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны - далекие предки современных жестких дисков. Все это позволило резко уменьшить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали строиться на продажу.  
 
Но главные достижения этой эпохи принадлежат к области программ. На втором поколении компьютеров впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой. Тогда же были разработаны первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол. Эти два важных усовершенствования позволили значительно упростить и ускорить написание программ для компьютеров; программирование, оставаясь наукой, приобретает черты ремесла. 
 
Соответственно расширялась и сфера применения компьютеров. Теперь уже не только ученые могли рассчитывать на доступ к вычислительной технике; компьютеры нашли применение в планировании и управлении, а некоторые крупные фирмы даже компьютеризовали свою бухгалтерию, предвосхищая моду на двадцать лет. 
 
 
 
 
Третье поколении 
 
Наконец, в третьем поколении ЭВМ (1965-1974) впервые стали использоваться интегральные схемы - целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов, выполненные на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами). В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по всей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной.  
 
В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Пробившаяся в лидеры фирма IBM первой реализовала семейство ЭВМ - серию полностью совместимых друг с другом компьютеров от самых маленьких, размером с небольшой шкаф (меньше тогда еще не делали), до самых мощных и дорогих моделей. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360 фирмы IBM, на основе которого в СССР была разработана серия ЕС ЭВМ. 
 
Еще в начале 60-х появляются первые миникомпьютеры - небольшие маломощные компьютеры, доступные по цене небольшим фирмам или лабораториям. Миникомпьютеры представляли собой первый шаг на пути к персональным компьютерам, пробные образцы которых были выпущены только в середине 70-х годов. Известное семейство миникомпьютеров PDP фирмы Digital Equipment послужило прототипом для советской серии машин СМ. 
 
Между тем количество элементов и соединений между ними, умещающихся в одной микросхеме, постоянно росло, и в 70-е годы интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов. Это позволило объединить в единственной маленькой детальке большинство компонентов компьютера - что и сделала в 1971 г. фирма Intel, выпустив первый микропроцессор, который предназначался для только-только появившихся настольных калькуляторов. Этому изобретению суждено было произвести в следующем десятилетии настоящую революцию - ведь микропроцессор является сердцем и душой нашего с вами персонального компьютера. 
 
Н о и это еще не все - поистине, рубеж 60-х и 70-х годов был судьбоносным временем. В 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть - зародыш того, что мы сейчас называем Интернетом. И в том же 1969 г. одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С ("Си"), оказавшие огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое передовое положение.  
Четвёртое поколение 
 
К сожалению, дальше стройная картина смены поколений нарушается. Обычно считается, что период с 1975 по 1985 гг. принадлежит компьютерамчетвертого поколения. Однако есть и другое мнение - многие полагают, что достижения этого периода не настолько велики, чтобы считать его равноправным поколением. Сторонники такой точки зрения называют это десятилетие принадлежащим "третьему-с половиной" поколению компьютеров, и только с 1985 г., по их мнению, следует отсчитывать годы жизни собственно четвертого поколения, здравствующего и по сей день.  
 
Так или иначе, очевидно, что начиная с середины 70-х все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, - прежде всего за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров. 
 
И, конечно же, самое главное - что с начала 80-х, благодаря появлению персональных компьютеров, вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной. Складывается парадоксальная ситуация: несмотря на то, что персональные и миникомпьютеры по-прежнему во всех отношениях отстают от больших машин, львиная доля новшеств последнего десятилетия - графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети - обязаны своим появлением и развитием именно этой "несерьезной" технике. Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, отнюдь не вымерли и продолжают развиваться. Но теперь они уже не доминируют на компьютерной арене, как было раньше. 
 
 
Пятое поколение. 
 
Зарождается в недрах четвертого поколения и в значительной мере определяется результатами работы японского Комитета научных исследований в области ЭВМ, опубликованными в 1981г. Согласно этому проекту ЭВМ и вычислительные системы пятого поколения кроме высокой производительности и надежности при более низкой стоимости, вполне обеспечиваемые СБИС и др. новейшими технологиями, должны удовлетворять следующим качественно новым функциональным требованиям:  

•  
  обеспечить простоту применения ЭВМ путем реализации систем ввода/вывода информации голосом; диалоговой обработки информации с использованием естественных языков; возможности обучаемости, ассоциативных построений и логических выводов; 
•  
  упростить процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ по спецификациям исходных требований на естественных языках 
•  
  улучшить основные характеристики и эксплуатационные качества ВТ для удовлетворения различных социальных задач, улучшить соотношения затрат и результатов, быстродействия, легкости, компактности ЭВМ; обеспечить их разнообразие, высокую адаптируемость к приложениям и надежность в эксплуатации. 

 
Учитывая сложность реализации поставленных перед пятым поколением задач, вполне возможно разбиение его на более обозримые и лучше ощущаемые этапы, первый из которых во многом реализован в рамках настоящего четвертого поколения.  
 
^

Б лез Паскаль

 
С юного возраста Блез Паскаль попал в общество, чрезвычайно полезное для развития его математических способностей. 
 
Рано овдовев, Этьен Паскаль посвятил себя главным образом воспитанию детей. Система обучения была тщательно продумана, и поначалу отец считал, что сына не следует раньше времени учить математике: он боялся, что напряжённые размышления повредят и без того хрупкому здоровью мальчика. Но интерес к таинственной геометрии, которой занимался отец, оказался так велик, что Блез уговорил отца немного рассказать о ней и… начал играть в геометрию. Никакой терминологии он не знал, так что круги называл "монетками", прямоугольники - "столами", треугольники - "треуголками", отрезки - "палочками". Через некоторое время отец застал его за этой игрой в тот самый момент, когда Блез обнаружил, что треуголки составляют два угла стола. Потрясённый отец пересмотрел свою теорию обучения сына и позволил ему сколько душе угодно учиться математике. 
 
С 13 лет Блез Паскаль уже вхож в кружок Мерсенна и активно занимался наукой под руководством Жерара Дезарга, инженера и архитектора, автор оригинальной теории перспективы. 
 
В январе 1640 года Этьен Паскаль был назначен интендантом провинции в Руан. По долгу службы ему приходилось производить массу расчётов, в которых ему помогал сын. В конце концов Блезу это надоело, и он сконструировал свой знаменитый арифмометр, и не только сконструировал, а и наладил производство счётных машин своего изобретения. До наших дней сохранилось восемь экземпляров. 
 
В январе 1646 года Этьен Паскаль во время гололёда вывихнул бедро. Этот несчастный случай привёл к перевороту в сознании его сына. Здоровье Блеза, потрясённого несчастьем отца, резко пошатнулось: невыносимые головные боли, слабость, он мог передвигаться только на костылях и почти не мог есть. Тяжёлая болезнь и подавленное душевное состояние сделало Блеза восприимчивым к строгому и аскетичному учению янсенистов, к числу которых принадлежали врачи-костоправы, лечившие отца. Под влиянием этого религиозного течения Паскаль стал считать занятия наукой греховными, а свои беды - карой за этот грех. К счастью для науки, он не смог противиться соблазну и каждую минуту, когда чувствовал себя лучше, посвящал физическим экспериментам. 
 
^ Здоровье Блеза постепенно улучшилось, и мрачные мысли оставляли учёного. Даже смерть отца в 1651 году не оказалась для него сильным ударом. 
 
В 1654 году, чрезвычайно для него плодотворном, Паскаль в послании "Знаменитейшей Парижской математической академии" перечисляет работы, которые готовятся им к публикации, и среди них упомянут трактат, который "может по праву претендовать на ошеломляющее название "Математического случая". 
^

Готфрид Вильгельм Лейбниц

 
Готфрид Вильгельм Лейбниц родился в 1646 году в семье философа, профессора университета в городе Лейпциге. Став взрослым и получив университетское образование, Лейбниц поступил на дипломатическую службу. Поездки в Париж и Лондон дали ему возможность ознакомиться с идеями великих математиков Франции и Англии. В 1676 году Лейбниц завязал переписку с Ньютоном. К сожалению, она продолжалась только год и не привела к объединению усилий. 
 
Научное соперничество и взаимная неприязнь Ньютона и Лейбница породили вопрос, который много лет волновал историков и политиков: кто же все-таки был первооткрывателем? Вероятно, Ньютон придумал основные понятия дифференциального и интегрального исчислений чуть раньше - зато Лейбниц первым опубликовал свои результаты, и к тому же применил более удобную, чем у Ньютона, систему обозначений. Эти обозначения математики используют уже более трёхсот лет. 
 
^

Чарльз Бэббидж

 
Ч арльз Бэббидж родился 26 декабря 1791 г. на юго-востоке Англии, в лондонском пригороде Уолворт. Его отец, совладелец банкирской фирмы "Прэд, Макворт и Бэббидж", после смерти оставил сыну большое состояние. До 11 лет Чарльза учила мать. Потом он обучался в частной школе. С детства у Чарлза было два увлечения - математика и всевозможные механизмы. 
 
В 19 лет он поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета. Тогда обнаружилось, что Бэббидж знает математику лучше своих сверстников. В 1812 г. Чарлз и его ближайшие друзья Джон Гершель и Джорж Пикок вместе с другими молодыми математиками основали "Аналитическое общество". Его организация стала важным событием в развитии математики в Великобритании. 
 
В 1813 г. в "Записках Аналитического общества" Бэббидж опубликовал свою первую научную статью "О бесконечных произведениях" и вскоре получил степень бакалавра. Вторая его работа "Очерк функционального исчисления" посвящена изучению функциональных уравнений общего вида. Она была зачитана на заседании Лондонского королевского общества, и Бэббиджа избрали его членом. 
 
В 1817 - 1820 гг. он напечатал еще несколько математических работ, преимущественно в области функционального анализа. А в 60-е гг. XX в. в Британском музее было найдено неопубликованное сочинение Бэббиджа "Философия анализа", написанное в 1821 г. 
 
^ После 1821 г. Бэббидж меньше занимался математикой и, как правило, его работы были связаны с прикладными задачами. Некоторые труды посвящены теории вероятностей. 
 
Бэббидж начал конструировать вычислительные машины, и это стало главным делом его жизни. В 1822 г. он построил действующую модель механической вычислительной машины - так называемую разностную машину. Но в полном объеме замысел реализовать не удалось. В то время просто не было оборудования, чтобы изготовить необходимые детали (например, Бэббидж проектировал вычисления с точностью до 18-го знака). 
 
Работая над разностной машиной, Бэббидж постоянно вносил изменения в чертежи, переделывал уже готовые узлы. И вот в 1834 г. у него возникла мысль создать универсальную вычислительную машину, которую он назвал аналитической. В этом проекте Бэббидж впервые пришёл к идеям программного управления вычислительным процессом. Для ввода в машину чисел и команд он использовал перфокарты, а главное, применил команды условного перехода. Машина формировалась из 4 основных блоков: арифметического ("мельница"), запоминающего ("склад"), управляющего и ввода-вывода. Бэббидж работал над ней до последних дней жизни. Тем не менее проект остался незавершённым. Он скончался 18 октября 1871 г., не дожив всего двух месяцев до 80-летия. 
^